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美国能源部宣布向美国国家 QIS 研究中心(NQIS)拨款 6.25 亿美元

2025年1月15日,美国能源部科学办公室宣布将提供 6.25 亿美元的资金支持国家量子信息科学研究中心(NQIS)。这项资助目的是为加速国家量子倡议法案框架下的量子信息科学和技术进步。而国家量子倡议法案的提出,旨在保持美国在量子技术领域的领先地位。

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图1:美国国家能源部标识

国家QIS研究中心(NQIS)将支持多家机构的多个学科团队,为解决基础科学难题和开发新量子技术平台而努力。NQIS通过研究整合和技术开发及各机构参与共同设计的方法,将基础科学与工程和应用研究相结合,以推动量子计算、量子通信和量子传感方面的新功能的创新,并将相应成果应用于材料科学、化学和其他前沿领域。

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融资关键细节与重点领域

资金总额:6.25 亿美元,

个人奖项最高可达 1.25 亿美元

Lab Number:LAB 25-3530

预提案截止日期:2025 年 3 月 12 日星期三

完整提案截止日期:2025 年 6 月 4 日星期三

资质:提案必须由 DOE 国家实验室牵头,其他实体作为分包商参与。

该笔资金支持的QIS 关键领域,包括:

量子通信——开发安全传输长距离量子信息的技术。

量子计算和模拟——构建和测试能够解决传统计算机无法解决的复杂问题的量子系统。

量子设备和传感器——利用量子特性增强测量能力,以应用于导航和成像等领域。

QIS 系统的材料和化学——探索实现可扩展和高效量子系统的材料。

量子铸造厂——建立制造和测试量子组件的基础设施。

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国家QIS研究中心简况

国家QIS研究中心,自 2020 年成立以来,一直致力于推进量子技术发展以应对复杂的科学挑战。中心由美国能源部国家实验室牵头,采用共同协作的方法在量子计算、通信、传感、材料和设备等领域发展量子科学。其研究成果在能源、医学、金融、物流和国家安全等领域均取得了潜在应用端的进步。

(一)研究亮点

量子比特优化——量子比特制造创新,以提高超导量子系统的性能。

量子系统材料——开发用于异质量子技术的直接键合金刚石膜。

量子算法和模拟——在光镊中使用中性原子实现 24 量子比特环面编码状态。

(二)主要NQIS研究中心简介

1.量子优势联合设计中心 (C2QA) — 由布鲁克海文国家实验室牵头,C2QA 致力于通过材料整合、软件优化和纠错方面的进步来克服当前量子计算系统的局限性。

2.Q-NEXT — 总部位于阿贡国家实验室,Q-NEXT聚焦开发量子通信、量子传感器和安全量子网络的技术,并建立了量子材料的国家级代工厂。

3.量子科学中心 (QSC) — 由橡树岭国家实验室牵头,QSC 专注于拓扑量子计算、量子传感器和算法,重点是将技术转移到私营部门。

4.量子系统加速器 (QSA) — 总部位于劳伦斯伯克利国家实验室,QSA 率先整合了量子算法、设备和工程,为科学应用提供量子优势。

5.超导量子材料与系统 (SQMS) 中心——由费米国家加速器实验室领导,SQMS 专注于减轻超导设备中的退相干,以实现更为稳健的计算和传感量子系统。

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美国能源部通过合作研究投资量子科学

6.25亿美元资助计划反映了政府层面对量子科学和合作研究的支持。通过协调大学、国家实验室和私营企业之间的合作,为推进量子研究和培养技术型劳动力奠定基础。

美国能源部官员强调,须持续投资继而保持美国在量子技术领域的领先地位。根据科学办公室的官方公告,对量子信息科学的大力投资至关重要,因为量子信息科学的不断发展为美国带来了紧迫性挑战,日益增长的量子信息科学的国际兴趣和投资推动了全球在量子科学和技术方面的活动。

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公告所涉项目内容详情

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图2:公告封面

(一)目的

公告目标是遴选可以加速基础科学与基于量子的新技术平台的变革性进步的提案。

(二)项目目标

量子信息系统正在为美国创造潜在的变革机遇和技术上复杂而紧迫的挑战,因为日益增长的国际兴趣和投资推动了全球量子科学和技术活动的加速发展。这些机遇和挑战要求美国须长期大规模地投入科技资源,并开展与这一关键领域的世界领导地位相称的多机构、多学科的研究合作。2018 年 9 月颁布的《国家量子信息科学战略概览》和 2018 年 12 月颁布的《国家量子倡议法案》在联邦政府层面上对此进行了认可。美国能源部国家实验室将为各中心提供支持,这些中心将加速基础科学和量子技术的变革性进步,以确保美国继续在量子信息科学领域保持领导地位。各研究中心要充分发挥 QIS 的潜力,需要详细了解量子组件和系统的行为方式,准确了解如何将组件集成到复杂系统中以及精确控制相应的结构和功能。

虽然,仍有许多问题需要解决,例如,量子相互作用如何通过创建新的量子系统来实现创新、新量子技术如何在最基本的层面上推进对自然世界的理解。但相关机构一致认为传统的科学线性模型设计、开发和商业部署,不足以实现上述目标。不过,协同各研究中心驱动的方法可以将科学和技术 (S&T) 创新链的所有元素共同耦合在一个共同设计框架中,从而使链的各个层次相互加强。各研究中心将结合大学、国家和联邦支持的实验室以及私营部门的人才,共同加速技术进步和经济发展。

(三)研究兴趣

1.量子通信:

(1)理解可扩展和适应性量子网络基础设施的要求,支持传输各种类型的量子信息

(2) 量子系统中信息传输的基本限制

(3) 解决传导和网络集成的技术和工具(架构、协议、控制、异构设备集成和互操作性等,包括量子通信和经典通信的共存)

(4)支持光子或其他量子架构或量子通信设备内原位计算的技术

(5)性能测量和系统特性的基准测试技术,以及它们在商用和测试平台系统中的应用

(6)支持网络开发和测试的设施

2.量子计算和模拟

(1)SC 支持的研究人员研究的问题域的系统架构选择和优化

(2)理解并满足 qubit4 设备要求以匹配架构计划

(3)量子位控制、准备和读取技术,以允许在更大的计算平台上进行更快、更高保真度的计算

(4)开发量子比特和量子比特组之间的互连,以实现多量子比特设备的可扩展构建

(5)为选定的架构开发新颖和改进的算法和编程范例,包括量子-经典混合计算方法,

3.SC 支持的研究人员的研究兴趣

(1)可编程模块化量子模拟器开发,满足 SC 支持的研究人员的用途(结合所有 SC 办公室的需求输入)

(2)从设备/阵列级别向上进行量子模拟、量子通信和量子计算系统的系统集成

(3)用于性能测量和算法开发的测试平台、计算/通信的建模和集成

(4)性能测量和系统特性的基准测试技术及其在商用系统和测试平台系统中的应用

(5)量子计算的基本限制

(6)量子误差检测和校正的能力、限制和新方法

4.量子设备和传感器

(1)为量子传感器和检测器应用开发量子比特和其他量子设备的要求

(2)开发满足量子通信或量子计算应用要求的设备

(3)量子成像设备和系统的进展,例如软物质成像、磁映射或改进的显微镜

(4)开发能够为科学应用提供加速或增强测量的设备,特别是传感器。

(5)开发量子器件阵列的集成、接口、传导和控制方案

(6)改善器件相干性、量子比特寿命和其他性能参数

(7)器件和控制性能建模

(8)性能测量和系统特性的基准测试技术,及其在商用系统和测试平台系统中的应用

(9)工程量子器件的合成和制造

5.QIS 系统和应用的材料和化学

(1)量子通信、计算、模拟、传感和成像应用的材料研究要求

(2)量子应用的材料和分子系统基础理论

(3)研究材料和分子系统,使可控量子现象能够满足量子通信、计算和传感器

要求

(4)下一代 QIS 系统的设备物理基础研究,包括界面科学和材料性能建模

(5)量子材料和工艺的合成、特性和制造研究,包括新型设备架构中的集成

6.量子铸造厂

(1)以原子精度合成量子材料、结构和设备

(2)光子、超导、自旋、原子、离子和拓扑量子比特系统的制造和集成

(3)量子计算机、传感器和计量学的先进仪器和工具开发

(4)支持设备测试、封装和集成的设施

参考链接

[1]https://thequantuminsider.com/2025/01/16/department-of-energy-announces-625-million-for-national-qis-research-centers/

[2]https://science.osti.gov/ascr/-/media/grants/pdf/lab-announcements/2025/LAB-25-3530.pdf

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